微壓力傳感器的靈敏度和線性度問題的探討

微傳感器是設(shè)備中的主要產(chǎn)品，在已開發(fā)的產(chǎn)品中微傳感器占到很大的比例。微傳感器的體積小、功耗低、響應(yīng)快、便于和信號(hào)處理部分集成以構(gòu)成微傳感器測(cè)試系統(tǒng)、這些特性使其可以應(yīng)用于汽車、航空航天、電機(jī)、醫(yī)學(xué)、家用電器、生物化學(xué)、環(huán)境檢測(cè)等廣闊領(lǐng)域。
    在微傳感器中微壓力傳感器是其中一個(gè)主要的分支。傳感器的靈敏度和線性度是傳感器最重要的性能特征。特別是對(duì)于超微壓力傳感器而言。小量程的微壓力傳感器的靈敏度和線性度一直是阻礙微壓力傳感器發(fā)展的一大因素。 
    為了解決微壓力傳感器靈敏度和非線性的矛盾,在結(jié)構(gòu)上,綜合梁膜結(jié)構(gòu)與平膜雙島結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),采用雙島-梁結(jié)構(gòu)。島區(qū)的面積不是按比例放大或縮小。首先,為了增加靈敏度,應(yīng)盡可能減小窄梁區(qū)的長(zhǎng)度和寬度。因?yàn)閺膶?duì)梁-膜-島結(jié)構(gòu)的有限元分析和近似解析分析中發(fā)現(xiàn),減小窄梁區(qū)的長(zhǎng)度和寬度可以明顯地使梁上的應(yīng)力增大。并且當(dāng)中間窄梁的長(zhǎng)度約為兩邊窄梁長(zhǎng)度的2倍時(shí),器件的線性度最好。雖然有雙島限位結(jié)構(gòu),但在高過載情況下,硅膜將首先從島的邊區(qū)和角區(qū)破裂。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的島膜結(jié)構(gòu)都是采用常規(guī)的有掩模的各向異性濕法腐蝕,從硅片背面形成硅膜和背島。硅膜是晶面,邊框和背大島側(cè)面都是晶面,夾角為54.74°的銳角。根據(jù)力學(xué)原理,在角區(qū)存在應(yīng)力集中效應(yīng),使硅膜在正面或背面受壓以后,角區(qū)會(huì)具有應(yīng)力的極值,因此破裂首先從該處發(fā)生。引入應(yīng)力勻散結(jié)構(gòu)以后,使角區(qū)變成具有一定曲率的圓角區(qū),使該區(qū)的應(yīng)力極值下降。在硅膜與邊框或背島的交界處要形成有一定曲率半經(jīng)的緩變結(jié)構(gòu),采用一般的常規(guī)各向異性濕法腐蝕是無法實(shí)現(xiàn)的。為此,采用了掩模-無掩模各向異性濕法腐蝕技術(shù)。 
    微壓力傳感器具有廣泛的用途，目前微壓力傳感器的量程還不夠小，靈敏度和線性度也不是很好，所以微壓力傳感器還不能得到很好的應(yīng)用，隨著科技的發(fā)展，微壓力傳感器的應(yīng)用前景將會(huì)進(jìn)一步拓展

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